FPGA实现的GPS接收机基带处理器设计与研究

"基于FPGA的GPS接收机基带处理器的研究与设计" 本文主要探讨了基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）实现GPS接收机基带处理器的技术和设计方法。GPS（Global Positioning System）作为全球卫星导航系统的核心，其定位精度和稳定性对于诸多领域至关重要。随着中国在GPS应用上的快速发展，掌握核心技术，尤其是捕获和跟踪卫星信号的能力，成为提升国产GPS产品竞争力的关键。 作者陈芬芬在硕士论文中首先概述了GPS的定位原理，该原理基于多颗卫星发射的信号进行三角定位。随后，详细阐述了GPS接收机的工作原理，特别是直接扩频通信技术，这是GPS信号解调的基础。GPS信号包含C/A码（Coarse/Acquisition Code），这是一种伪随机噪声码，用于区分不同卫星和实现时间同步。 论文重点在于基带处理器的捕获和跟踪算法设计。捕获阶段，论文比较了滑动相关算法和基于FFT（Fast Fourier Transform）的快速捕获算法。滑动相关算法因其灵活性和高精度捕获码相位和载波频率的优势被选为实施方案。通过MATLAB仿真，验证了该算法的有效性。 跟踪阶段，设计采用了码跟踪环和载波跟踪环耦合的方式。码跟踪环利用非相干（DPLL，Digital Phase-Locked Loop）实现，它在低信噪比环境下的跟踪性能优秀，且不受数据调制和载波相位影响。载波跟踪环则采用COASTAS锁相环，能够容忍180度的相位翻转，适用于有数据调制的GPS信号。 基带处理器的硬件设计使用VHDL语言在Quartus II 8.0平台上完成，并通过ModelSim- Altera 6.19进行逻辑仿真，确保设计满足功能和性能需求，为实时GPS接收机系统提供解决方案。 此外，针对弱电磁环境可能导致捕获失锁的问题，论文还提出了一种授时和守时算法，以确保即使在捕获失败的情况下仍能获取精确的GPS时间同步秒信号。这一算法的实现进一步增强了GPS接收机的可靠性和实用性。 关键词：GPS接收机，基带，C/A码，捕获，跟踪，FPGA，中北大学 这篇论文为FPGA在GPS接收机领域的应用提供了理论和技术支持，对于理解GPS系统工作原理，以及设计和优化GPS接收机的基带处理部分具有重要参考价值。同时，它也为国内自主开发GPS接收机技术提供了实践基础。